Objectifs et méthodologie

Objectifs généraux et axes d'étude

Le propriétaire a obtenu la signature d'un arrêté préfectoral en date du 15 janvier 2015 reconnaissant le droit fondé en titre de l'ancien moulin ainsi que les conditions de disposer de l'énergie hydraulique du Salat. Par conséquent, l'enjeu est à présent de définir les ouvrages, installations et machines à prévoir afin de respecter à la fois les conditions fixées par l'arrêté et les réglementations en vigueur. D'autre part, ce projet de réhabilitation présentant un réel enjeu économique, il est primordial d'en estimer le temps de retour sur investissement.

Nous avons donc souhaité mener une étude complète répondant à ces deux enjeux en nous plaçant en tant que bureau d'études. Pour cela, cinq grands axes d'étude ont alors été mis en évidence. ils sont recensés sur la figure suivante.

- Axes d'étude du projet de réhabilitation -

Notre objectif est donc de réaliser l'ensemble de ces études nécessaires à la réhabilitation de cet aménagement, allant de l'étude hydrologique jusqu'à la rentabilité économique en passant par l'étude mécanique et électrique ainsi que l'étude des mesures compensatoires, à savoir des mesures assurant la continuité écologique et la continuité sédimentaire.

 

 

Organisation en binômes

Afin de mener à bien ce projet, les différentes études citées ci-avant ont été réparties en binômes. Quatre binômes ont alors été formés :

Alice Boizard et Killian Leheu

Vita Ayoub et Jorge Navarro

Clément Coutey et Francisco Tejero

Matthieu Gaffier et Laura Rouhier

Binôme 1 : Étude hydrologique

Contexte

Le projet de réhabilitation du Pont de la Taule a pour but de réaménager l'ancien moulin d'une usine à marbre en micro-centrale hydroélectrique afin de créer de l'énergie. Pour cela il est nécessaire de déterminer plusieurs variables: la hauteur de chute et le débit disponible prélevable. La hauteur de chute se détermine par l'aménagement existant; le débit est fonction de l'hydrologie du cours d'eau.

L'étude hydrologique s'inscrit dans les premières phases du projet et est nécessaire pour les différents travaux. Cette étude correspond au recueil des données disponibles sur le bassin versant puis à l'étude de la ressource en eau.

 

Localisation

Notre projet se situe en Ariège, sur le cours d'eau Le Salat au sud de Seix.

Le Salat est une rivière du sud-ouest de la France, affluent de la Garonne. Ce cours d'eau prend sa source dans les Pyrénées et s'écoule sur 74.5km dans la région du Couserans, les départements de l'Ariège et de la Haute-Garonne. Le Salat passe au Pont de la Taule, où se situe l'ancien moulin que nous souhaitons réhabiliter. Il traverse ensuite la commune de Seix, où l'on peut bénéficier des données de la station hydrométrique.

Coordonnées du projet
Coordonnées Lambert II étendu Lambert 93 UTM 31 Nord
X (m) 506585.32 552405.96 352603.33
Y (m) 1759874.78 6194624.73 4744176.86
Z (m) 555 555 555

Localisation au niveau régional (source: geoportail)

 

Objectifs

Deux objectifs principaux sont définis:

  • Réalisation de l'étude hydrologique afin de déterminer le débit prélevable et autres données nécessaires aux différents binômes pour les études techniques: c'est un objectif pour la production.
  • Étude des événements de crue: lors de débits exceptionnellement important, l'enjeu prépondérant n'est plus la production électrique mais la sûreté de l'ouvrage et la sécurité.

 

Méthodologie

Tout d'abord, il est nécessaire de récupérer les données pour l'étude hydrologique: les données de débit sur les stations hydrométriques à proximité du projet et les données pluviométriques. Nous contacterons pour cela la DREAL: Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement, responsable de la gestion quantitative de la ressource en eau.

Après avoir récupéré ces données, nous pourrons commencer l'étude: traitement des données, étude des chroniques de débit, des hauteurs d'eau et étude des crues.

 

Planning prévisionnel

- Gantt -

Binôme 2 : Étude mécanique et électrique

Contexte

Dans le cadre de la réhabilitation du Pont de Taule, la viabilité économique dépend de deux aspects. La capacité de l'usine de produire de l'électricité avec des rendements élevés, ainsi que l'intégration de l'usine dans le réseau global pour vendre l’électricité à EDF, ceci afin d'en tirer des profits dans les plus brefs délais.

Une grande variété de systèmes de production d'électricité est disponible sur le marché, il faudrait alors étudier plusieurs scénarios pour choisir ensuite le meilleur.

 

Objectifs

Afin d'optimiser la rentabilité nous proposons d'effectuer :

• Le choix des systèmes de transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique.

• Le calcul de l'énergie électrique générée par les systèmes sélectionnés.

• Le choix des systèmes de sécurité pour la faune locale et pour obtenir un bon fonctionnement des pièces mobiles de l'installation.

• La conception des bâtiments pour soutenir les machines électriques.

• Le choix et la conception des organes de contrôle, d'utilisation directe en intégrant la possibilité d'accès à distance.

• L'optimisation de l'intégration avec le réseau global.

 

Méthodologie

Nous prenons d'abord les données fournies par le binôme 1 concernant la hauteur de chute et le débit, ce qui sera crucial pour installer une turbine qui convient le mieux à notre projet.

Nous nous servirons des données de la visite du site fournissant les dimensions des canaux afin d'envisager la possibilité de réforme des bâtiments ou bien la nécessité de construire de nouveaux bâtiments.

Après avoir calculé la puissance mécanique disponible à partir des données de hauteur de chute et de débits, nous mènerons une étude technique et une étude du marché afin de trouver les différentes solutions possibles. Nous prendrons contact avec les différents fournisseurs de centrales hydrauliques, enfin nous examinerons le choix optimal en termes de:

• Durabilité, car l'équipement est placé dans un environnement de nature physique et chimique agressif, ce qui nous a poussé à choisir des systèmes avec peu de pièces mobiles, qui soient compacts et robustes.

• Coût, qui depuis l'investissement initial devrait être minimisé sur tous les achats relatifs au projet de réhabilitation, allant de l'achat des équipements mécanique-électrique jusqu'a l'achèvement des travaux de l'infrastructure de soutien (chambre électrique et raccordement au réseau).

• Difficulté d’installation: dans le carde de la minimisation des coûts une autre partie très importante est de minimiser le coût du salaire des équipes de travail. Le choix d'un système d'installation simple permettra d'éviter la nécessité d'embaucher du personnel spécialisé dont les salaires sont trop élevés.

• Prélèvements client: l'électricité produite sera vendue à la société EDF, qui exige des impositions pour connecter la nouvelle usine à son réseau. Ces impositions sont obligatoires et vont limiter les options à choisir, spécialement dans le cas du générateur et armoire électrique.

 

Une fois l'étude de marché achevée, nous allons choisir le type de grille, de turbine, de multiplicateur de vitesse, et de générateur. Les prix estimés seront communiqués au binôme 4 afin qu’ils puissent comparer les différents scénarios du point de vue économique.

Pour calculer la puissance électrique nette nous allons considérer la puissance maximale brute définie par l'arrêté préfectoral autorisant l'utilisation de l'énergie hydraulique. Nous allons multiplier le résultat par les coefficients de performance des trois machines connectées (turbine, multiplicateur de vitesse et générateur) obtenant ainsi la puissance fournie.

 

Planning prévisionnel

- Gantt -

Binôme 3 : Étude de la continuité sédimentaire et étude d'impact

Contexte

Le cadre légal de notre étude sera développé plus précisément dans la partie étude d'impact. En lisant la loi L.214-17 du Code de l'Environnement, on constate que la rivière du Salat est classée comme un cours d'eau type II ce qui signifie donc que la réhabilitation de l'aménagement doit garantir la continuité sédimentaire.

 

Objectifs

Dans le cadre de notre étude, nous nous sommes fixé deux objectifs qui sont liés:

  • L'étude de l'impact que la réhabilitation de l'aménagement du Pont de la Taule aura sur le milieu physique, naturel et humain en faisant une étude approfondie de toutes les modifications et ses impacts sur le milieu ambiant.
  • La modélisation du transport sédimentaire au niveau du seuil afin de connaître les zones d'accumulation des  sédiments et ainsi de pouvoir proposer une solution pour assurer la continuité sédimentaire.

 

Méthodologie

Pour mener à bien l'étude d'impact nous aurons besoin de différents données: données "Corine Land Cover" disponibles sous ArcMAP, données faunistiques et floristiques [5.6] , données climatologiques [5.1], données geologiques [5.4], ... Une visite du site a aussi été nécessaire afin d'analyser les aménagements déjà existants.

Enfin, pour toute notre étude concernant la continuité sédimentaire, nous utiliserons les logiciels TELEMAC 2D pour les calculs des conditions hydrodynamiques, et SISYPHE pour les calculs concernant les dépôts sédimentaires.

 

Planning prévisionnel

Dans cette phase d'avant-projet, nous avons, après avoir listé les différentes phases de notre étude, prévu un planning prévisionnel comme ci-dessous :

- Diagramme de Gantt -

Relation avec les autres binômes

Afin de mener à bien nos études, certaines données ont été échangées avec les autres binômes:

     - Une courbe de tarage nous a été fourni par le binôme 1. Cette courbe liant le débit et la hauteur d'eau une trentaine de mètres après le seuil nous a été utile pour fixer les conditions aux limites en sortie de domaine pour la modélisation de la dynamique sédimentaire

     - Le but de l'étude de la continuité sédimentaire sera l'installation d'une vanne de dégravage. Comme tout investissement est compté dans le bilan financier, une estimation du prix de cette vanne va être faite et sera transmise au binôme 4 afin de compléter l'étude économique.

 

Binôme 4 : Étude de la continuité écologique et étude économique

Contexte

Pour être approuvé par les autorités telles que le Conseil Départemental de l'Environnement et des Risques Sanitaires et Technologiques (CoDERST), le projet de réhabilitation de l'aménagement du Pont de la Taule doit assurer la continuité écologique. Ceci signifie que l'aménagement ne doit pas être un obstacle à la migration des poissons sur la rivière du Salat. Par conséquent, il est nécessaire de mettre en place un ouvrage de franchissement destiné aux poissons migrateurs du Salat.

Par ailleurs, il est primordial pour le propriétaire d'estimer la rentabilité et donc la viabilité de son projet. En effet, si ce dernier semble trop coûteux et/ou peu bénéfique, il sera sans doute préférable d'abandonner la réhabilitation de son aménagement. Une étude économique sera donc réalisée afin d'étudier la rentabilité de ce projet et de déterminer le nombre d'année avant que l'installation devienne rentable.

 

Objectifs

Nous avons donc déterminé deux objectifs bien distincts à atteindre :

  • dimensionner un ouvrage de franchissement piscicole permettant la montaison et la dévalaison des poissons du Salat,
  • estimer la rentabilité du projet en tenant compte à la fois des coûts initiaux et des coûts sur le long terme.

Le fait que ces objectifs ne soient pas reliés résulte de la volonté d'étudier toutes les composantes d'un tel projet de réhabilitation tout en donnant à chaque binôme la possibilité de travailler sur un thème en lien avec les cours suivis lors de son cursus.

 

Méthodologie

Dans le but de répondre aux objectifs que nous nous sommes fixés, nous avons donc divisé notre projet en plusieurs étapes.

En ce qui concerne le dimensionnement de la passe à poissons, il est tout d'abord nécessaire de recenser l'ensemble des espèces piscicoles présentes au niveau de notre aménagement et d'en étudier les caractéristiques. Pour cela, nous contacterons diverses organisations telles que l'Onema ou la fédération ariégeoise de pêche. Puis nous déterminerons le lieu et le type de passe à implanter à l'aide d'une modélisation de la rivière. Enfin nous pourrons dimensionner la passe à poissons en utilisant les caractéristiques hydrauliques calculées par le binôme 1.

L'étude économique, quant à elle, commencera par une documentation sur les techniques d'étude de rentabilité. Suite à cela et en utilisant les données fournies par les autres binômes nous pourrons calculer les coûts et bénéfices engendrés par notre aménagement pour pouvoir finalement évaluer correctement la rentabilité de cette réhabilitation.

Afin de réaliser l'ensemble de ces études nous aurons besoin d'utiliser les logiciels Matlab, CASSIOPEE, Telemac2D et Fluent pour l'étude de la continuité écologique et le logiciel Excel pour l'étude économique.

 

Planning prévisionnel

L'ensemble des étapes citées dans le paragraphe précédents ont été rassemblés pour former le diagramme de Gantt ci-dessous.

- Gantt du binôme 4 -

 

Relation avec les autres binômes

Dans le cadre de l'étude de la continuité écologique, deux types de données seront attendus du binôme 1 en charge de l'étude hydrologique comme présenté sur la figure suivante.

- Relations avec les autres binômes pour la continuité écologique -

La chronique des débits sera nécessaire afin d'évaluer la plage de fonctionnement de la passe à poissons tandis que les niveaux amont et aval permettront de déterminer la hauteur de chute d'eau au niveau du seuil et seront indispensables pour le dimensionnement.

Dans la seconde étude, l'ensemble des autres binômes du groupe seront sollicités afin d'évaluer la production électrique et de connaître les éléments à acquérir. Cela permettra d'estimer respectivement les bénéfices dus à la vente de l'électricité et les coûts d'investissement.

- Relations avec les autres binômes pour l'étude économique -